世界上最小计算机
世界上最小计算机
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17 个四甲基对苯醌分子就是它的全部零件
这个世界上最小的计算机有望让一切纳米装置具备智能。人们设想将它装入纳米机械“盔甲”，注入人的血液，成为与癌细胞战斗的“钢铁侠”。
日本国立材料科学研究所的安尼尔班• 班德亚帕德耶博士这样形容四甲基对苯醌：“它看上去就像小汽车。”他通常会在特殊的电子显微镜下研究这种有机物分子。在镜头下，这辆“小汽车”拥有六边形苯环组成的“车身”， 有4 个圆锥体模样的碳氢“车轮”联接其上，而整个分子直径小于1 纳米，比可见光的波长还要小数百倍。班德亚帕德耶希望用17 个这样的分子拼凑出一部计算机。
只有17 个分子的微型大脑
在日本筑波市的实验室里，班德亚帕德耶每天在重复这样的工作：让这17 辆“小汽车”在黄金基板做成的“训练场”上排列成一个“车队”，这一步骤必须在-196℃的真空环境里进行。他将其中一个四甲基对苯醌分子放置在中央，充当控制部门，其他16 个分子则环绕它排成一圈。装置完成之后，这个17 个分子组成的“车队”就能在室温条件下正常工作了。
接着，班德亚帕德耶用一个非常锋利的带电传导针对放置在中心的“小汽车”进行电脉冲调节。由于中心“小汽车”与周围的16 个“小汽车”存在微弱的物理关联性，因此，当中心“小汽车”受到电脉冲调节而“挂档”，其他的16 个“小汽车”也被发动起来。整个装置像一面蜘蛛网，位于中心的蜘蛛一旦移动，16 根蜘蛛丝也会产生不同程度的颤动，这种颤动随着不同强度的电脉冲变化，形成不同的“信息”。
这些电脉冲的变化，会被利用来充当计算机运算的逻辑基础。目前家庭中通用的晶体管计算机，仅能利用电脉冲的打开、关闭，构成运算需要的两种逻辑状态：0 和1，即俗称“二进制”。而班德亚帕德耶的“分子晶体管”则拥有4 个碳氢圆锥体结构，本质上就有4 个不同的方向，从而拥有四种逻辑状态： 0，1，2，3。“最亮的是3，而0是最暗的。”班德亚帕德耶指着电脑屏幕上的图像上讲解道。从理论上计算：一个电脉冲信号可以得出416 个不同结果，也就是近43 亿种结果。目前这部纳米计算机的运算速度是普通晶体管计算机的16 倍，“如果将这个分子装置从二维16 分子环状结构扩展至三维的1024 分子球状结构，就能同时执行1024 个指令，比普通电脑快上1024 倍。”
班德亚帕德耶承认，这项设计的灵感来源于人类的大脑细胞，大脑细胞呈现树状放射分支形状，每一个分支都可用于与其他分支细胞进行沟通。“人类大脑比任何超级计算机都复杂，大脑的平行分支运算法是其中关键。”班德亚帕德耶自信地说，“我们的研究做到了一个处理器在作出指令时，也必须同时影响其他处理器。这意味着什么?意味着每一个分子都能独立思考并彼此沟通，这将是人类创造的第一个纳米大脑。”
电子计算机“黔驴技穷”
班德亚帕德耶不止一次听到人工智能专家的抱怨：在涉及到天气预测、微生物基因扫描和需要处理大量微分子数据的纳米领域，计算机的运算速度已经跟不上形势。19 世纪爱尔兰数学家威廉• 哈米尔顿曾提出这样一个问题：给出一系列任意的城市，每次只经过一个城市，连接所有城市的最短路径是哪一条?不少数学家曾经试图利用计算机来解答这一问题，但他们很快发现：如果城市有100 个，连目前最快的超级计算机也要耗费上亿年的时间去计算。
每个人都希望发展出运算能力更强的电子计算机。计算机运算速度的快慢，取决于芯片上集成晶体管数目的多少。但随着芯片上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长。一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，导致采用现行工艺的半导体器件不能正常工作。
这种情况让美国迈特公司的纳米技术专家詹姆斯• 埃伦博根教授坚信，班德亚帕德耶博士的成果具有重大的意义：“一旦我们掌握了制造这种体积不超过盐粒大的计算机的技术，我们就会从根本上处于一种新的形势。自然界有各种分子，到目前为止，直接利用自然界中的分子来制造计算机，是我所知道的突破计算机运算极限的唯一方式。”
“人工智能专家们已开始认识到，如果要制造和人脑一样复杂的电脑，模仿生物学是他们的最佳选择。”美国马萨诸塞州库日韦尔技术公司的雷• 库日韦尔说，“因此，电脑公司和大学研究人员都忙着学习生物学速成课程。” 2003 年，以色列魏兹曼研究院耶胡达• 夏皮罗教授在试管中研制出具有数学计算功能的分子计算机，这台计算机只有一滴水滴大小，却包含有数目繁多的器件。它用酶做硬件，用DNA 分子作为软件，内部包含有1 万亿个活的细胞，每秒钟可完成10 亿次计算，准确率高达99.8%。但夏皮罗的同事伊塔玛尔• 魏兹曼强调，研究的主要意图并不在于突出分子计算机的运算速度：“我们希望分子计算机能够实现生物监控设备的作用，譬如，它植入人体内可以监控患者药剂使用状况和生理反应。”